JWST reveals a low-mass protostellar outburst driving a methanol maser flare

As estrelas nascem em nuvens profundas e poeirentas, onde a gravidade puxa gás e poeira até que uma nova estrela se acenda. Este processo raramente é um evento suave e constante. Em vez disso, as estrelas jovens frequentemente experimentam surtos súbitos e violentos de crescimento chamados de surtos (outbursts), nos quais engolem enormes quantidades de material em um curto período de tempo. Esses surtos são críticos porque determinam o quão pesada uma estrela se tornará eventualmente e como os discos de material ao redor delas evoluem para planetas. Por décadas, os astrônomos lutaram para detectar esses eventos nas estrelas mais jovens e profundamente escondidas, porque a espessa poeira que as circunda bloqueia a luz visível. No entanto, um tipo específico de nuvem de gás brilhante, conhecido como máser de metanol, tem servido há muito tempo como um farol para encontrar esses momentos energéticos. Até agora, acreditava-se que esses flashes brilhantes de ondas de rádio eram a assinatura exclusiva de estrelas massivas e pesadas, levando os cientistas a acreditar que apenas os gigantes do berçário estelar poderiam desencadear tal atividade dramática.

Uma equipe de astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb e o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array acaba de derrubar essa suposição. Eles descobriram que um surto de máser de metanol massivo em uma região distante do espaço não foi causado pela própria estrela massiva, mas por uma companheira muito menor e próxima. A história começa em uma região de formação estelar chamada IRAS 18134-1942, localizada a cerca de 1.250 parsecs da Terra. Esta região é um aglomerado caótico de estrelas jovens imersas em um ambiente poeirento. No início de 2023, radiotelescópios detectaram um surto súbito e intenso em um aglomerado de máseres de metanol perto de uma protoestrela brilhante e massiva conhecida como MM-main. O surto foi tão brilhante e rápido que sugeriu uma injeção massiva de energia, e a suposição natural era que a estrela massiva no centro havia soframente explodido.

Para resolver o mistério, os pesquisadores acionaram uma resposta rápida usando os telescópios terrestres e espaciais mais poderosos do mundo. Eles observaram a região duas vezes, com onze dias de intervalo, capturando a cena em luz infravermelha, que pode atravessar a poeira obscurecedora. Os dados revelaram uma verdade surpreendente: a estrela massiva, MM-main, não mostrou nenhuma mudança significativa em suas emissões. Seus espectros não mostraram mudança de fluxo nem no contínuo ou nas linhas de emissão, e sua emissão milimétrica permaneceu estável em comparação com as observações pré-surto. O único objeto em todo o campo que estava mudando era uma protoestrela tênue e de baixa massa chamada MM-NE, localizada a uma curta distância. Esta pequena estrela estava passando por um surto violento, com seu brilho aumentando cerca de 30 por cento em pouco mais de uma semana. Os pesquisadores descobriram que a MM-NE estava disparando um jato de material, criando um túnel oco ou cavidade na poeira circundante.

Este arranjo geométrico forneceu a chave para o quebra-cabeça. A cavidade de fluxo da pequena estrela, MM-NE, estava apontada diretamente para a localização dos máseres de metanol que apresentavam o surto perto da estrela massiva. A equipe concluiu que o surto repentino de luz da pequena estrela viajou através de seu próprio túnel limpo e atingiu as nuvens de gás perto da estrela massiva. Este surto extra de radiação foi o suficiente para empurrar os máseres de metanol para um estado de brilho extremo, criando o surto que os radiotelescópios haviam visto. A estrela massiva forneceu as condições de base para que os máseres existissem, mas a pequena estrela forneceu a faísca repentina que os fez brilhar. Esta descoberta prova que estrelas de baixa massa podem desencadear surtos de máser em aglomerados massivos, desafiando a crença de longa data de que apenas estrelas massivas são capazes de conduzir tais eventos.

As observações também ofereceram um olhar raro e detalhado sobre como o ambiente de uma estrela reage a um surto repentino de energia. Os pesquisadores observaram as mudanças físicas acontecendo em tempo real. O calor do surto viajou para fora, primeiro aquecendo o gás mais interno do disco da pequena estrela, fazendo com que moléculas como água e metano brilhassem intensamente. Esta onda de aquecimento moveu-se então mais para fora, fazendo com que grãos de poeira se cristalizassem e o gelo mudasse sua estrutura. A equipe mediu que a região onde o gelo estava mudando cresceu cerca de 12 por cento em apenas onze dias, um registro direto do pulso de energia movendo-se pelo sistema. Ao combinar essas visões infravermelhas com dados de rádio, a equipe calculou que a pequena estrela estava engolindo material a uma taxa centenas de vezes mais rápida do que o normal, liberando energia equivalente a quase mil sóis.

Esta descoberta remodela nossa compreensão de como as estrelas crescem e interagem. Sugere que, em berçários estelares povoados, a atividade de uma pequena estrela pode influenciar dramaticamente suas vizinhas, potencialmente escondendo a verdadeira natureza de um surto se olharmos apenas para as estrelas massivas. O estudo demonstra que os "faróis" de surtos de máser não são exclusivos de gigantes, mas podem ser desencadeados pelos surtos energéticos e ocultos de companheiras menores. Ao flagrar este evento em ação, os pesquisadores mostraram que mesmo as menores estrelas de um aglomerado podem impulsionar mudanças químicas e físicas significativas em seus arredores, revelando um ambiente de nascimento dinâmico e interconectado que anteriormente nos era invisível.